JPH01206508A - 窒化アルミニウム基板用導体ペースト - Google Patents
窒化アルミニウム基板用導体ペーストInfo
- Publication number
- JPH01206508A JPH01206508A JP63267136A JP26713688A JPH01206508A JP H01206508 A JPH01206508 A JP H01206508A JP 63267136 A JP63267136 A JP 63267136A JP 26713688 A JP26713688 A JP 26713688A JP H01206508 A JPH01206508 A JP H01206508A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- powder
- conductor
- melting point
- metallic powder
- aluminum nitride
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-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/09—Use of materials for the conductive, e.g. metallic pattern
- H05K1/092—Dispersed materials, e.g. conductive pastes or inks
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- Conductive Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、窒化アルミニウム基板用ペーストに関するも
のである。
のである。
[従来の技術]
近年、電子機器の小型化、高出力化に対する要求が高ま
り、半導体素子の高出力化、高集積化などの技術が強く
望まれている。それに伴い、単位面積当たりの発熱量が
増加するため、半導体からの発熱を効率よ(放散できる
基板が求められている。その中で、AINは絶縁抵抗が
高い、絶縁耐圧が高い、誘電率が低いなどの電気特性に
加え、Altosの10倍以上の高い熱伝導率、またS
Lに近い熱膨張係数を有し、上記の要求に応える材料の
一つとして注目されている。
り、半導体素子の高出力化、高集積化などの技術が強く
望まれている。それに伴い、単位面積当たりの発熱量が
増加するため、半導体からの発熱を効率よ(放散できる
基板が求められている。その中で、AINは絶縁抵抗が
高い、絶縁耐圧が高い、誘電率が低いなどの電気特性に
加え、Altosの10倍以上の高い熱伝導率、またS
Lに近い熱膨張係数を有し、上記の要求に応える材料の
一つとして注目されている。
しかるに、AINは、金属との濡れ性が悪(、Alto
s基板に使用される厚膜導体ペーストを使用しても、基
板との接着強度が強い回路を形成するのが困難であると
いう問題を有していた。
s基板に使用される厚膜導体ペーストを使用しても、基
板との接着強度が強い回路を形成するのが困難であると
いう問題を有していた。
AINと金属との接着力向上に関しては、第2回マイク
ロエレクトロニクスシンポジウム(1987)の予稿集
p141〜p144に記載されているよう(5、Ti箔
もしくは、Ti−Cu系ろう材、 Ti粉末とAgろう
粉末との混合ペーストを用いると、AINとTiとが高
温で反応してTiNが生成し高い接合強度が得られるこ
とが知られているが、Ti箔を用いる方法では、Cui
とAIN基板との接合しか出来ず、細かい回路線幅に対
応できないという問題点があり、Ti−Cu系ろう材を
用いる方法では。
ロエレクトロニクスシンポジウム(1987)の予稿集
p141〜p144に記載されているよう(5、Ti箔
もしくは、Ti−Cu系ろう材、 Ti粉末とAgろう
粉末との混合ペーストを用いると、AINとTiとが高
温で反応してTiNが生成し高い接合強度が得られるこ
とが知られているが、Ti箔を用いる方法では、Cui
とAIN基板との接合しか出来ず、細かい回路線幅に対
応できないという問題点があり、Ti−Cu系ろう材を
用いる方法では。
合金粉の微粉を得にくいため細かい回路線幅に対応でき
ないという問題点があり、Ti粉末とAgろう粉末との
混合ペーストを用いる方法では、Agを含有しているた
めマイグレーションが発生しやすいという問題点があっ
た。
ないという問題点があり、Ti粉末とAgろう粉末との
混合ペーストを用いる方法では、Agを含有しているた
めマイグレーションが発生しやすいという問題点があっ
た。
(発明の解決しようとする問題点)
本発明は従来技術が有していた上記問題点を解決し、微
細な回路パターンが形成でき、マイグレーションが発生
することなく、接着強度に優れた窒化アルミニウム基板
用導体ペーストの提供を目的とする。
細な回路パターンが形成でき、マイグレーションが発生
することなく、接着強度に優れた窒化アルミニウム基板
用導体ペーストの提供を目的とする。
(問題点を解決するための手段)
本発明は無機成分が導電性金属粉末50〜90重量%と
、加熱により窒化アルミニウムと反応する活性金属粉末
8〜40重量%と、導体の脆性を改善する低融点金属粉
末及び/又は低融点金属化合物粉末2〜30重量%とか
ら成る窒化アルミニウム基板用導体ペースト並びに無機
成分が導電性金属粉末20〜80重量%と、活性金属粉
末15〜50重量%と、インジウ゛ム粉末及び/又はイ
ンジウム化合物2〜30重量%とから成る窒化アルミニ
ウム基板用導体ペーストを提供するものである。
、加熱により窒化アルミニウムと反応する活性金属粉末
8〜40重量%と、導体の脆性を改善する低融点金属粉
末及び/又は低融点金属化合物粉末2〜30重量%とか
ら成る窒化アルミニウム基板用導体ペースト並びに無機
成分が導電性金属粉末20〜80重量%と、活性金属粉
末15〜50重量%と、インジウ゛ム粉末及び/又はイ
ンジウム化合物2〜30重量%とから成る窒化アルミニ
ウム基板用導体ペーストを提供するものである。
本発明の第1発明において、導電性金属粉末は導体を構
成する主成分であり、無機成分中における該金属粉末の
含有量が50重量%未1では導体の抵抗値が大きくなり
過ぎるので好ましくなく、90重量%を越えると導体と
基板の接着力が低下するので好ましくない。
成する主成分であり、無機成分中における該金属粉末の
含有量が50重量%未1では導体の抵抗値が大きくなり
過ぎるので好ましくなく、90重量%を越えると導体と
基板の接着力が低下するので好ましくない。
かかる金属粉末としては抵抗値が小さい物質であれば特
に限定されずAg、 Pd、等の貴金属粉末、Cu、N
i等の卑金属粉末を使用することができる。中でも電気
抵抗が低い、融点が低い、マイグレーションの心配が無
い等の理由から、Cu粉末が好適である。
に限定されずAg、 Pd、等の貴金属粉末、Cu、N
i等の卑金属粉末を使用することができる。中でも電気
抵抗が低い、融点が低い、マイグレーションの心配が無
い等の理由から、Cu粉末が好適である。
本発明の活性金属粉末は、加熱(望ましくはペースト焼
成時の加熱)により AIN基板と反応し導体の接着力
を向上する作用を有する。かかる活性金属粉末の含有量
が無機成分中で8重1%未満では、導体の接着力が充分
に向上しないので好ましくなく、40重量%より多くな
ると、導体が脆弱になり充分な接着力が得られないだけ
でなく、導体の電気抵抗が大きくなりすぎるので好まし
くない。かかる活性金属粉末としてはTi、TiHz、
Ti合金、Zr、ZrHz、 Zr合金が安価であり、
使用に好適である。Ti合金としては、Ti−6Al−
4Vが例示され、Zr合金としてはジルカロイが例示さ
れる。YやLa、 Sn、 Of等の金属はAINと反
応するが非常に活性なため100μm以下の粒径を持つ
粉末が得られ難いので微細な導体パターンを形成する場
合には好ましくない。
成時の加熱)により AIN基板と反応し導体の接着力
を向上する作用を有する。かかる活性金属粉末の含有量
が無機成分中で8重1%未満では、導体の接着力が充分
に向上しないので好ましくなく、40重量%より多くな
ると、導体が脆弱になり充分な接着力が得られないだけ
でなく、導体の電気抵抗が大きくなりすぎるので好まし
くない。かかる活性金属粉末としてはTi、TiHz、
Ti合金、Zr、ZrHz、 Zr合金が安価であり、
使用に好適である。Ti合金としては、Ti−6Al−
4Vが例示され、Zr合金としてはジルカロイが例示さ
れる。YやLa、 Sn、 Of等の金属はAINと反
応するが非常に活性なため100μm以下の粒径を持つ
粉末が得られ難いので微細な導体パターンを形成する場
合には好ましくない。
低融点金属粉末及び/又は低融点金属化合物粉末は導体
の脆弱性を改善するために添加する。かかる粉末の添加
量が無機成分中で2重1%未満では導体が脆弱で好まし
くな(,30重量%を越えると導体の電気抵抗が大きく
なりすぎるので好ましくない。
の脆弱性を改善するために添加する。かかる粉末の添加
量が無機成分中で2重1%未満では導体が脆弱で好まし
くな(,30重量%を越えると導体の電気抵抗が大きく
なりすぎるので好ましくない。
かかる低融点金属粉末及び/又は低融点化合物粉末とし
ては、上記導電性金属粉末より融点が低く、焼成により
導体の脆性を改善するものであれば特に限定されない。
ては、上記導電性金属粉末より融点が低く、焼成により
導体の脆性を改善するものであれば特に限定されない。
具体的には、低融点金属粉末としてはSn、 Bi、
Sb、 In、 Cd、 Zn、 Ge。
Sb、 In、 Cd、 Zn、 Ge。
Se、Pbが例示され、低融点金属化合物粉末としては
BixOx、5bzOs、 PbO,の酸化物、Pb
C1zSbC1x、 5nC14の塩化物、SnS、
BiS、 5biSaの硫化物が例示される。中でもS
n、 Bi、 Biassが特に好ましい。
BixOx、5bzOs、 PbO,の酸化物、Pb
C1zSbC1x、 5nC14の塩化物、SnS、
BiS、 5biSaの硫化物が例示される。中でもS
n、 Bi、 Biassが特に好ましい。
上記各粉末の粒径は、10μm以下であることが好まし
い。その理由は導体層の厚さが20μm程度であるため
、10μm以上の粒径になると粉末の粒径が導体層の厚
さに比べて大きくなりすぎるからである。
い。その理由は導体層の厚さが20μm程度であるため
、10μm以上の粒径になると粉末の粒径が導体層の厚
さに比べて大きくなりすぎるからである。
本発明の第2発明は特に窒化雰囲気で焼成した場合窒化
アルミニウム基板と接着強度に(!れたものが得られる
。
アルミニウム基板と接着強度に(!れたものが得られる
。
導電性金属粉末は無機成分中における該金属粉末の含有
量が20重量%未満では導体の抵抗値が大きくなり過ぎ
るので好ましくなく、80重量%を越えると導体と基板
の接着力が低下するので好ましくない。かかる金属粉末
としては、Ag、 Pd等の貴金属粉末、Cu、Ni等
の卑金属粉末を使用することができる。中でも電気抵抗
が低い、融点が低い、マイグレーションの心配がない等
の理由より、Cu扮粉末好適である。
量が20重量%未満では導体の抵抗値が大きくなり過ぎ
るので好ましくなく、80重量%を越えると導体と基板
の接着力が低下するので好ましくない。かかる金属粉末
としては、Ag、 Pd等の貴金属粉末、Cu、Ni等
の卑金属粉末を使用することができる。中でも電気抵抗
が低い、融点が低い、マイグレーションの心配がない等
の理由より、Cu扮粉末好適である。
本発明の活性金属粉末は、加熱(望ましくはペースト焼
成時の加熱)により窒化アルミニウム基板と反応し導体
の接着力を向上する作用を有する。かかる活性金属粉末
の含有量が無機成分中で15重量%未満では、導体の接
着力が充分に向上しないので好ましくな(,50重量%
より多(なると導体が脆弱になり充分な接着力が得られ
ないだけでなく、導体の電気抵抗が大きくなりすぎるの
で好ましくない。
成時の加熱)により窒化アルミニウム基板と反応し導体
の接着力を向上する作用を有する。かかる活性金属粉末
の含有量が無機成分中で15重量%未満では、導体の接
着力が充分に向上しないので好ましくな(,50重量%
より多(なると導体が脆弱になり充分な接着力が得られ
ないだけでなく、導体の電気抵抗が大きくなりすぎるの
で好ましくない。
かかる活性金属粉末としてはTi、TiH,Ti合金、
Zr、 ZrHt、 Zr合金が安値であり、使用に好
適である。 Ti合金とシテは、Ti−6Al−4V
カ例示され、Zr合金としてはジルカロイが例示される
。
Zr、 ZrHt、 Zr合金が安値であり、使用に好
適である。 Ti合金とシテは、Ti−6Al−4V
カ例示され、Zr合金としてはジルカロイが例示される
。
YやLa、 Sm、 Hf等の金属は窒化アルミニウム
と反応するが非常に活性なため、100μm以下の粒径
を持つ粉末が得られ難いので微細な導体パターンを形成
する場合には好ましくない。
と反応するが非常に活性なため、100μm以下の粒径
を持つ粉末が得られ難いので微細な導体パターンを形成
する場合には好ましくない。
インジウム粉末及び/又はインジウム化合物粉末は導体
の脆弱性を改善し、窒化アルミニウム基板との接着強度
を向上させるために添加する、かかる粉末の添加量が無
機成分中で2重量%未満では導体が脆弱で好ましくない
。
の脆弱性を改善し、窒化アルミニウム基板との接着強度
を向上させるために添加する、かかる粉末の添加量が無
機成分中で2重量%未満では導体が脆弱で好ましくない
。
30重量%を越えると導体の電気抵抗が大きくなりすぎ
るので好ましくない。またインジウム化合物粉末として
は インジウム塩: InBr、InBrt、InBra
(臭化物)InC1,InCl2. InC1a (塩
化物)InF−1(フッ化物) InI、In1.Inl3(ヨウ化物)無機化合物:I
nP(リン化物) InS、In1S、In2Si (硫化物)In20.
InO,In2O5(酸化物)などが挙げられるが、各
融点と沸点と焼成温度から考えて特にIn、 In2O
5が好ましい。
るので好ましくない。またインジウム化合物粉末として
は インジウム塩: InBr、InBrt、InBra
(臭化物)InC1,InCl2. InC1a (塩
化物)InF−1(フッ化物) InI、In1.Inl3(ヨウ化物)無機化合物:I
nP(リン化物) InS、In1S、In2Si (硫化物)In20.
InO,In2O5(酸化物)などが挙げられるが、各
融点と沸点と焼成温度から考えて特にIn、 In2O
5が好ましい。
上記各粉末の粒径は、10μm以下であることが好まし
い。その理由は導体層の厚さが20μm程度であるため
、10μm以上の粒径になると粉末の粒径が導体層の厚
さに比べて大きくなりすぎるからである。
い。その理由は導体層の厚さが20μm程度であるため
、10μm以上の粒径になると粉末の粒径が導体層の厚
さに比べて大きくなりすぎるからである。
本発明によるペーストは以上説明した無機成分に有機ビ
ヒクルを添加して使用される。かかる有機ビヒクルは特
に限定されるものではな(、具体的にはエチルセルロー
ス、アクリル樹脂、四フッ化エチレン樹脂等の有機バイ
ンダーをα−テルピネオール、ブチルカルピトールアセ
テート等の有機溶剤に溶解したものが例示される。
ヒクルを添加して使用される。かかる有機ビヒクルは特
に限定されるものではな(、具体的にはエチルセルロー
ス、アクリル樹脂、四フッ化エチレン樹脂等の有機バイ
ンダーをα−テルピネオール、ブチルカルピトールアセ
テート等の有機溶剤に溶解したものが例示される。
一方窒化アルミ基板としては、AINが主成分であれば
よく、焼結助剤等を5重量%程度含有するものであって
もよい。
よく、焼結助剤等を5重量%程度含有するものであって
もよい。
本発明による導体の形成は次のようにして行うことがで
きる。
きる。
上記の混合粉末に有様ビヒクルを加えたのち、自動乳鉢
で約1時間混合し、さらに三本ロールミルなどにより分
数性を向上させることが好ましい。このようにして作製
した導体ペーストを窒化アルミニウム基板上にスクリー
ン印刷等の方法で塗布し、焼成して導体を形成する。焼
成の条件としては、850〜1200℃程度の温度で少
な(とも10分間加熱を行なうことが望ましく、第1発
明のペーストは1000℃、1時間が接着強度の安定性
の点で好適である。雰囲気としては非酸化性雰囲気が良
く、とりわけ真空雰囲気が接着強度の向上の点で好適で
ある。
で約1時間混合し、さらに三本ロールミルなどにより分
数性を向上させることが好ましい。このようにして作製
した導体ペーストを窒化アルミニウム基板上にスクリー
ン印刷等の方法で塗布し、焼成して導体を形成する。焼
成の条件としては、850〜1200℃程度の温度で少
な(とも10分間加熱を行なうことが望ましく、第1発
明のペーストは1000℃、1時間が接着強度の安定性
の点で好適である。雰囲気としては非酸化性雰囲気が良
く、とりわけ真空雰囲気が接着強度の向上の点で好適で
ある。
一方、第2発明のペーストは特に950℃1時間窒素雰
囲気中で焼成することにより基板との接着強度に優れた
ものが得られる。
囲気中で焼成することにより基板との接着強度に優れた
ものが得られる。
焼成後、導体層の表面に半田付けを行なっても良いが、
半田の濡れ性を改善するため、必要に応じてCuメツキ
、Niメツキ等のメツキを施しても良い。
半田の濡れ性を改善するため、必要に応じてCuメツキ
、Niメツキ等のメツキを施しても良い。
[作用]
本発明においては、窒化アルミニウム基板と導体との接
着は、導体ペースト中に、低融点金属及び/又は低融点
金属化合物を含有することによって導体層自体を強化し
、さらに活性金属とAINとの反応による化学結合によ
って強化されるものと思われる。
着は、導体ペースト中に、低融点金属及び/又は低融点
金属化合物を含有することによって導体層自体を強化し
、さらに活性金属とAINとの反応による化学結合によ
って強化されるものと思われる。
さらに、粒度の調整された無機物の粉末と有機ビヒクル
からなるペーストであることによって、細かい回路線幅
が要求される導体層の形成も可能である。
からなるペーストであることによって、細かい回路線幅
が要求される導体層の形成も可能である。
[実施例]
実施例1
表1に示される無機成分粉末の総量と有機ビヒクルとが
重量比で80:20になるように混合し自動乳鉢で約1
時間攪拌後、3本ロールに3回通して導体ペーストを作
製した。なお、有機ビヒクルは、アクリル樹脂と n−
ブチルカルピトールアセテートとを重量比で5=95の
割合で、1合したものを用いた。
重量比で80:20になるように混合し自動乳鉢で約1
時間攪拌後、3本ロールに3回通して導体ペーストを作
製した。なお、有機ビヒクルは、アクリル樹脂と n−
ブチルカルピトールアセテートとを重量比で5=95の
割合で、1合したものを用いた。
次にこの導体ペーストを窒化アルミニウム基板の表面に
、スクリーン印刷法により約20μmの厚さに塗布し、
この導体ペーストを塗布した窒化アルミニウム基板を真
空雰囲気中、1000℃で約1時間焼成し、導体ペース
トを固化した。
、スクリーン印刷法により約20μmの厚さに塗布し、
この導体ペーストを塗布した窒化アルミニウム基板を真
空雰囲気中、1000℃で約1時間焼成し、導体ペース
トを固化した。
更に、この導体層の表面に無電解銅メツキ又は無電解N
iメツキを施こし、接着強度及び抵抗値を調べた。その
結果を表1に示す。接着強度は、2mmX2mmのパタ
ーンでビールテストにより求めた。なお、同表における
試料No、 1〜3は比較例で、ビールテストで導体が
破損した。
iメツキを施こし、接着強度及び抵抗値を調べた。その
結果を表1に示す。接着強度は、2mmX2mmのパタ
ーンでビールテストにより求めた。なお、同表における
試料No、 1〜3は比較例で、ビールテストで導体が
破損した。
表1より明らかなように、本発明による導体ペーストは
、窒化アルミニウム基板の表面に強固な接着強度で接着
した導体を形成することができる。
、窒化アルミニウム基板の表面に強固な接着強度で接着
した導体を形成することができる。
実施例2
実施例1と同様の方法によりペーストを製造し、窒化ア
ルミニウム基板の表面にスクリーン印刷法に約20μm
の厚さに塗布した。次いでこれを窒素雰囲気中で945
℃1時間焼成した。
ルミニウム基板の表面にスクリーン印刷法に約20μm
の厚さに塗布した。次いでこれを窒素雰囲気中で945
℃1時間焼成した。
次いでこれについて実施例1と同様の方法でテストした
。使用したペーストの組成及びテスト結果を表2に示し
た。同様より明らかなようにインジウム、インジウム化
合物を含有するペーストは、窒素雰囲気中で焼成するこ
とにより窒化アルミニウム基板との接着力(こ優れた導
体が形成される。
。使用したペーストの組成及びテスト結果を表2に示し
た。同様より明らかなようにインジウム、インジウム化
合物を含有するペーストは、窒素雰囲気中で焼成するこ
とにより窒化アルミニウム基板との接着力(こ優れた導
体が形成される。
[発明の効果]
本発明によれば、マイグレーションを生ずることなく、
接着強度に優れた微細なパターンの導体を窒化アルミニ
ウム基板に形成することができる。
接着強度に優れた微細なパターンの導体を窒化アルミニ
ウム基板に形成することができる。
特にインジウム、インジウム化合物を含有するものは窒
素雰囲気での焼成により接着強度に優れた導体を得られ
る。
素雰囲気での焼成により接着強度に優れた導体を得られ
る。
Claims (2)
- (1)無機成分が導電性金属粉末50〜90重量%と、
加熱により窒化アルミニウムと反応する活性金属粉末8
〜40重量%と、導体の脆性を改善する低融点金属粉末
/又は低融点金属化合物粉末2〜30重量%とから成る
窒化アルミニウム基板用導体ペースト。 - (2)無機成分が導電性金属粉末20〜80重量%と、
活性金属粉末15〜50重量%と、インジウム粉末及び
/又はインジウム化合物2〜30重量%とから成る窒化
アルミニウム基板用導体ペースト。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63267136A JP2967929B2 (ja) | 1987-10-27 | 1988-10-25 | 窒化アルミニウム基板用導体ペースト |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26940587 | 1987-10-27 | ||
| JP62-269405 | 1987-10-27 | ||
| JP63267136A JP2967929B2 (ja) | 1987-10-27 | 1988-10-25 | 窒化アルミニウム基板用導体ペースト |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01206508A true JPH01206508A (ja) | 1989-08-18 |
| JP2967929B2 JP2967929B2 (ja) | 1999-10-25 |
Family
ID=26547727
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63267136A Expired - Fee Related JP2967929B2 (ja) | 1987-10-27 | 1988-10-25 | 窒化アルミニウム基板用導体ペースト |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2967929B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE102013007439A1 (de) | 2012-05-10 | 2013-11-14 | Hubert Adamietz | Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der von einer Wärmequelle abgegebenen thermischen Leistung |
| WO2018122971A1 (ja) * | 2016-12-27 | 2018-07-05 | 三ツ星ベルト株式会社 | 導電性ペースト並びに電子基板及びその製造方法 |
| JPWO2022210507A1 (ja) * | 2021-03-30 | 2022-10-06 | ||
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| JPS62229922A (ja) * | 1986-03-31 | 1987-10-08 | 株式会社東芝 | コンデンサ |
-
1988
- 1988-10-25 JP JP63267136A patent/JP2967929B2/ja not_active Expired - Fee Related
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